Matire noire

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Matière noire
Indices Possibilités Détection
Herve Dole Mathieu Langer
(Merci à Gianfranco Bertone, Université de Padoue
IAP)
NPAC Bases de la Cosmologie Moderne 2007
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Paramètres cosmologiques état des lieux

• Combinaison de données indépendantes
• Univers spatialement plat
• Constante Cosmologique 0.7
• Matière 0.3

3
Courbes de rotation galactiques
4

• Courbe de rotation de la Voie Lactée
• (Clemens, 1985, ApJ 295)

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Courbe de rotation et Matière Noire
Image UV GALEX, A. Gil de Paz, 2006
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• Dégénérescence
• disque vs. halo DM
• Rapport Masse/Luminosité?
• (synth. pop. stellaires)
• DM profil de densité?
• (simulations, mal connu au centre)

Broeils, 1992, AA
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Matière Noire Amas de galaxies
ROSAT X-Ray
A 2029
NGC720
DSS optical
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Mesure du profil de densité dun amas

• Image aux rayons X
• Lémission X en un point de lamas est fonction
  de la densité n en ce point, ?x n2
• Question Quel profil de densité pour produire
  lémission X observée?

Line Best Fit
Points Observations
Abell 2319 Image ROSAT
millions of light years

• Procédure
• Choix du centre de lamas
• Moyenne azimutale de lémission X
• Courbe dajustement du profil X
• Déduction de la densité requise

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 Lentillage  gravitationnel
(http//hubblesite.org)
Convergence
Convergence cisaillement
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Tout frais carte 3D de Matière Noire!

• Cartes haute fidélité de la distribution de
  matière noire à grande échelle, résolue en
  séparation angulaire et en profondeur grâce au
  Cosmic Evolution Survey du HST
• (2 degres2)
• Forme de 71 galaxies par arcmin2
• ? champ de cisaillement
• ? masse totale projetée
• Observations de suivi par VLT, Subaru, Cerro
  Tololo et Kitt Peak pour déterminer les redshifts

Massey et al., Nature, 7 Janvier 2007
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Preuve directe lamas Balle de fusil

• Image optique damas en fusion (ici 1E
  0657-558)
• Reconstruction du cisaillement et de la
  convergence (lentilles gravitationnelles)
• Cartes de densité projetée (contours verts)

200 kpc
Clowe et al. ApJL 2006
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Preuve directe lamas Balle de fusil

• Image X du même amas en fusion 1E 0657-558, par
  Chandra
• Contours verts convergence ? (proportionnelle à
  la densité projetée)
• Contours blancs position des pics de ? à 68.3,
  95.5 and 99.7 C.L.

200 kpc
Clowe et al. ApJL 2006
? Présence de masse gravitante non-lumineuse!
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Inventaire de la Matière dans lUnivers
1 Etoiles
7 Gaz ? structures virialisées
Baryons
7 Gaz tiède/chaud ? MIG
Dont know what Dark Matter is? Ask a Particle
Physicist!
85 MATIERE NOIRE
Non-baryonique
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Kaluza-Klein DM in UED Kaluza-Klein DM in RS
Axion Axino Gravitino Photino SM
Neutrino Sterile Neutrino Sneutrino Light
DM Little Higgs DM Wimpzillas Cryptobaryonic
DM Q-balls Mirror Matter Champs (charged
DM) D-matter Cryptons Self-interacting Superwe
akly interacting Braneworld DM Heavy
neutrino NEUTRALINO Messenger States in
GMSB Branons Chaplygin Gas Split
SUSY Primordial Black Holes
Candidats Matière Noire
L. Roszkowski
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WIMP fiche didentité

• Nom complet Weakly Interacting Massive Particle
• Rem nom générique
• Interactions gravitationnelle, nucléaire faible
  (i.e. sections efficaces  plus faibles que
  faible )
• Masse assez forte pour être non-relativiste
  aujourdhui
• Durée de vie stable / assez longue pour ne pas
  avoir disparu
• Densité relique équation de Boltzmann
  freeze-out
• Nature? ? SUSY? ? KK Extra-dimensions? ? New
  Physics!

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SUSY LSP

• Supersymétrie?
• Extension de lalgèbre de Poincaré
• Q Boson? Fermion? , Q Fermion? Boson?
• Q, Q ? ?P , H,Q 0
• Unification des couplages de jauge, hiérarchie
  des masses (Higgs)
• Préserver conservation de B L ? R-parité, R
  (-1)3BL(-1)2S
• Particules SM R 1 Particules SUSY R -1
• Conservation de R-parité (si)
• Lightest Supersymmetric Particle stable!
• Candidat naturel pour la Matière Noire
• MSSM R-parité ? Neutralino

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Dimensions Supplémentaires Universelles (EUD)

• Kaluza-Klein extra dimensions
• EUD tout champ se propage dans la 5e dim

Conditions périodiques ? quantification de
limpulsion
Compactification de la dim. suppl. en chaque pt
de lespace à 3d
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Toy derivation of scalar Lagrangian
(J.Virzi, UC Berkeley)

• Heuristic derivation showing how mass terms
  appear infinite tower of KK modes

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Détection directe Principe Statut
?
n
Détecteur (bolomètre)
Collision dun WIMP sur un noyau ? Lumière ?
Chaleur ? Charge
Discrimination bruit de fond Cryogénie,
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Détections Indirectes de DM

• Télescopes gamma
• Au sol (CANGAROO, HESS, MAGIC, MILAGRO, VERITAS)
• Dans lespace satellite GLAST
• Futur Cherenkov Telescope Array?
• Télescopes Neutrino
• Amanda, IceCube
• Antares, Nemo, Nestor
• Km3
• Satellites Antimatière
• PAMELA
• AMS-2
• Autres
• Synchrotron
• Effet SZ
• Effet sur les étoiles

Détections indirectes
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Rayonnement dannihilation
SUSY
(E. Nezri et al, 2001)
Pour calculer les flux, il faut connaitre le
détail des annihilations. Les sections efficaces
dannihilations des neutralinos peuvent être
calculées par lapproche numérique (DarkSUSY,
microMEGA, etc.)
UED
(Servant Tait, 2002)
Servant Tait ont obtenu les sections efficaces
dannihilation pour les particules B(1). Dans la
limite non-relativiste, elles ne dépendent que de
la masse des B(1).
(Merci à G. Bertone)
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Object baryoniques de masse stellaire et
inferieure
(Afonso et al, AA, 2003)